可变进气技术在发动机上的应用

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系统构成示意图
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相位调节原理框图
发动机 ENG 转速信号 实际工况点判定 负荷信号 曲轴位置信号 实际相位角计算 VVT 凸轮轴位置信号 OCV VVT MAP ECU
液压
调整指令
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VVT驱动器及OCV阀工作原理
VVT驱动器及OCV阀工作原 理.avi
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VVT驱动器结构
定子螺栓（4 个） 定子 锁销、锁销弹簧和弹簧导承 前盖
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伊兰特G4ED
VVL
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VVL，是英文variable valve lift的简写， 意为可变气门升程。 传统的汽油发动机的气门升程是固定不可变 的。也就是凸轮轴的凸轮型线只有一种。这 就造成了该升程不可能使发动机在高速区和 低速区都得到良好响应。传统汽油发动机的 气门升程——凸轮型线设计是对发动机在全 工况下的平衡性选择。其结果是发动机既得 不到最佳的高速功率，也得不到最佳的低速 扭矩。但得到了全工况下最平衡的性能。 VVL的采用，使发动机在高速区和低速区都能 得到满足需求的气门升程。从而改善发动机
引言
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VVT
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VVT

VVT技术是近年来国际汽车业较为流行的一项发 动机技术，对提高发动机的动力性、经济性、 降低排放等都有比较显著的效果。

吉利汽车集团最近在全球上市的“远景”车也 搭载了CVVT的1.8L发动机，得到了业界的好评。 为了加深对可变配气相位技术的了解，初步介 绍一下可变配气相位技术的工作原理、系统组 成等。

改善怠速：通过减小重叠角,降低废气回流, 使燃烧更稳定。 改善排放：增大重叠角,实现内部EGR。
可变配气相位的优点
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可变配气相位的优点



提高低速工况扭矩 加大进气提前角减小进气滞后角,为 进气提供足够流通面积,避免混合气倒流。 提高高速工况功率 加大进气滞后角,充分利用进气惯性, 提高充气效率。 改善燃油经济性 充气效率提高,燃烧更充分。
会毫无唐突感，舒适性更强，配气机构在各转速下的适应性 也更强，能最大限度的提高发动机充气效率。 目前宝马已经把这套系统装备到了他的主流发动机机上， 象以宝马745i,530i,330i为代表的直列6缸发动机和V型8缸发
动机都装备了该系统。
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VVL技术业已在行业内开始普及，丰田推出VVTL-i 技术，三菱公司推出的MIVEC技术都是VVL家族中的新 成员。 由于VVL技术零部件成本高，可靠性要求高，发动 机缸盖设计的难度较大，其性价比不如VVT。且VVL与 VVT一般同时采用，发动机匹配难度很大。目前在国内 自主品牌的发动机中还没有应用。
后盖
转子
油封（4 个）
回位弹簧
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VVT－i驱动器的工作原理

描述 通过控制内转子两侧的机油 流量使其相对于外转子发生 相对旋转，进行相位调节 机油由发动机的机油泵经四 通OCV电磁控制阀控制后供应. 通过液压控制使转子保持在 中间位臵 根据曲轴和凸轮轴位臵传感 器信号，由控制软件决定内 转子和外转子的相对位臵
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OCV阀工作原理
阀-中等占空比时
相位器被保持在 中间位置
C1
C2
供油孔阻塞
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可变配气相位技术的发展趋势

进、排气双VVT技术 全可变配气定时：相位和升程同时可变 纯电控VVT技术：彻底取消凸轮轴，每 个气门都通过ECU单独控制


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代表机型
吉利 4G18
丰田VVT-i
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代表机型
凯迪拉克3.6L北极星V6 VVT发动机
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可变配气相位系统的分类
区段调节（略）
VVT技术分类
进气调节 排气调节
连续调节
进、排气同步调节（单凸轮轴） 进气、排气独立调节
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各种型式VVT系统的作用
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四种系统对发动机性能的影响
应用策略 When 公布的优点
提高5-8% 低速端扭矩 提高5%高速端功率 限定NOx排放水平下，HC 排放最大可减少20% 燃油经济性提高1-3% 降低IMEP的循环变动系数 ，提高稳定性 在丰田公布的规划(9/96)中决定要把VVTi技术推广到所有装备汽油 机的汽车中。 限定Nox排放水平下，HC 排放最大可减少20% 燃油经济性提高1-3% 降低IMEP的循环变动系数 ，提高稳定性 最多可以减少 12% 的HC 和 15%的 NOx 燃油经济性提高2-3% 不能改变气门重叠角，系统集成比较复杂 目前的趋势是改单凸轮为双凸轮，使用单独的进气或排气策略。 进气 连续可变 大幅度调节 1995 丰田 VVTi

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传统发动机配气机构

传统汽油机的配气相位是不可变的！！
发动机运行.
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进、排气凸轮升程
可变配气相位的提出



而实际上不同的发动机工况对配气相位的要 求是不同的。 例如： 怠 速： 最小的进、排气重叠角，以求怠 速稳定 高速区域：较大的进气滞后角，以利用进气 惯性提高充气效率 低速区域：较大的进气提前角，增大进气流 通面积；较小的进气滞后角，以避免进气倒 流。
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VVL的概念
VVL的种类
VVL按照其控制效果分类：

两段式可变升程 技术代表就是大名鼎鼎的本田VTEC技术 和保时捷的Vairocam技术。

连续可变升程 技术代表是宝马的“电控气门”技术。
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VTEC
VTEC技术是本田公司的专利技术，它综合集 成了VVT与VVL技术于一身，曾是发动机可变 配气技术的代表。其VVL技术就是典型的两 段式可变气门升程技术。 VTEC是在同一根凸轮轴上设计两种不同的配 气正时和凸轮升程（高速和低速），利用液 压进行驱动转换的装臵。
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OCV阀结构



OCV阀由电磁阀和液压四通阀构成，电磁 阀控制四通阀阀芯的位臵。 液压四通阀结构如图 所谓四通即四个进出油口：压力油进口、 进角、迟角、回油。 电磁阀控制阀芯在不同位臵使VVT进角油 腔（或迟角油腔）与压力油沟通，另一腔 与回油腔沟通，使VVT内转子带动凸轮轴 转过一角度。或使阀芯在中立位臵不动， VVT两油腔压力平衡，使VVT内转子及凸轮
VVT驱动器（VVT）
电磁液压控制阀（OCV）
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“远景”CVVT-i系统的构成
转速及曲轴位置信号轮及传感器
60-2个齿 缺齿部位
信号轮
实际输出信号
传感器
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“远景”CVVT-i系统的构成
凸轮轴相位传感器及信号轮
传感器
信号轮
实际信号
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“远景”CVVT-i系统的构成
负荷传感器（空气流量计） 电子控制单元 （ECU/EMS）
对于每缸4气门的发动机，实现可变截面积进气管并不困难。由于每缸有 两个进气门，那就意味着有两根进气支管。要改变进气歧管的截面积，只需
要在其中一个进气支管中装入一个可随电脑控制开闭的气阀，就可控制该歧
管的使用状况了。
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可变截面积进气管
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可变截面积进气管
当发动机处于高转速时，改气阀打开，这时两根进气歧管同时进气，获得 大流量的混合气体；当发动机处于低转速时，该气阀关闭，理论上可以看
成是使用一根进气歧管进气。这样进气歧管的截面积就减小了一倍。能获
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可变配气相位的提出

为了满足不同工况对配气相位的不同要求， 配气相位应该是可调节的。
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凸轮升程/mm
Exhaust Intake Exhaust_new Intake_new
5 4 3 2 1 0 -200 -150 -100 -50 0 50 曲轴转角/°CA
10
100
150
200

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OCV阀结构
板-钢
支架-钢（电镀）
轴阀的运动方向
弹簧
绕线架-尼 龙6/6 HS
电枢-钢 制
杯- 不锈钢
阀芯-铝制 内置滤清器
罩壳- 铝 制
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OCV阀工作原理
阀-断电状态
相位器移动到 回位状态
C1
C2 泻油孔
供油方向
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OCV阀工作原理
阀-最大占空比时
相位器移动到 最大行程
C1
C2
供油方向
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Vairocam技术
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两段式VVL的优缺点
两段式VVL的优缺点
优点
低速扭矩上升2%-3% 最大功率上升3%-5% 低速区油耗平均下降5% 怠速平稳性好
缺点
两段升程过渡工况较唐突， 驾驶感较差 成本高，结构复杂 仍不能达到全工况最佳气 门升程的目标
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两段式VVL不具备全工况气门升程可变 的功能。引领世界发动机技术的宝马公司 推出了连续可变的VVL技术。 宝马公司开发的VavleTronic技术，可 以在发动机的大部分工况下，连续改变气 门升程，保证最优化的气门升程匹配。
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视频演示
伊顿公司作为世界第一大气门、 摇臂的生产企业，为本田开发多款VTEC 的摇臂机构。通过这个视频演示，可以 直观看到TEC的两段式VVL工作过程。 可变升程摇臂.mpeg
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Vairocam技术
Vairocam技术是保时捷的两段式VVL 技术。其工作原理与VTEC基本一致。 但其结构有所不同。本田VTEC采用 了组合式摇臂达到技术目标，而保时捷 Vairocam技术则采用了组合式液压挺柱来 实现VVL功能。
高速时用短进气管 带进气歧管转换的发动机扭矩曲线
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可变长度进气管
用转换阀来改变进气管长度，实际上只 有两种选择——长管或短管。 宝马公司开发了一种可变长度进气管， 可以在一定工况下，实现连续转换。
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可变长度进气管
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可变长度进气管
宝马新7系的发动机进气管设计不是采用控制阀来 切换进气管的长度，而是在进气管中间设计了一个 可以旋转的转子，当这个转子旋转一定角度后进气 管的长度就发生了改变，同样达到了优化进气的目 的。 有了这套系统，发动机就能在高低转速时都能保 持最佳进气效率。 可以说该进气管达到了全工况连续可变长度。
可变进气技术在发动机上的应用
目录



引言 可变配气相位（VVT） 可变气门升程（VVL） 可变几何形状进气管（VIM） 总结
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发动机技术发展趋势 为了应对日益严格的环保、排放、安全等法规要求；为 了满足消费者对产品日益提高的动力性、经济性、可靠性要 求，发动机技术的发展集中在了优化燃烧系统、配气系统、 电子控制系统、新型材料等方面。 在汽油发动机方面，吉利已在很多新技术领域开展了研究与 开发。 可变配气系统 VVT—可变气门正时 VVL—可变气门升程 VIM—可变进气歧管
排气 连续可变 大幅度调节 单凸轮 (CIB/SOHC) 连续可变 大幅度调节 (进排气等相位调节)
1997 福特 Zeteci
300ZX 日产
进气+排气 连续可变 大幅度调节 (进排气独立相位调节)
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1996 宝马
优点如上所述，包括进气和排气VCP的优点 但是必需考虑到成本和系统集成带来的问题
“远景”CVVT-i系统的构成
连续可变VVL
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连续可变VVL
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宝马的控制机构是由电机驱动的，电机通过蜗杆传动齿
连续可变VVL
轮，然后由齿轮上的凸轮带动摇臂运动来改变摇臂的控制角，
在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动。通过改变摇臂的角 度就可以改变气门的行程了。由于是通过电机控制的，所以
可以在一定区域内做无段级调节气门开度，这样驾驶起来就
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可变截面积进气管
VIM技术除了可变长度进气 管外，还有可变截面积进气 管技术。 可变截面积进气管能在 发动机高转速时使用较大的 进气歧管截面积提高进气流 量；在发动机低转速时使用 较小的进气歧管截面积，提 高汽缸的进气负压，也能在 汽缸内充分形成涡流，让空 气跟汽油更好的混合。
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可变截面积进气管
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VIM的概念



可变长度进气管
车用发动机的转速范围很广，利用普通进气歧管不可能在全转速域利用进 气的脉动效应。多气门发动机高速域充量系数较大，而中低速的扭矩特性不 够好。 利用可变长度进气歧管可以使发动机在中低速域和高速域都得到最佳调谐， 使中低速域的扭矩特性得到很大改善。
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可变长度进气管
转换阀片 一般可变长度进气歧管是在歧管稳压室下游安装一转换 阀片，该装臵将歧管气道分为长管和短管两部分。在发动机 高速段利用短管，可提高高速功率；中低速段使用长管，可 提高中低速扭矩。一般可提高中低速扭矩5%以上。
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可变长度进气管
低速时用长进气管
带进气歧管转换的发动机扭矩曲线
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可变长度进气管
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VIM
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VIM，是英文variable-geometry intake manifold的英文简写。其意义是可变几 何形状进气管。
VIM技术一般可分为两类： 可变长度进气管——这种技术在行业中 运用较多。我们众所周知的奔驰SLK系列 发动机，宝马7系列都采用了这种技术。 可变截面积进气管——该技术使用较少， 但具有其独特的优势。